[發(fā)明專利]一種基于自適應(yīng)遺傳算法的陣列稀疏優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911407783.4
• 申請(qǐng)日: 2019-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN111160556B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳濤;汪夕琳;史林;郭立民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G06N3/126
• 分類號(hào): G06N3/126
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明在雷達(dá)偵察陣列優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域提出了一種基于自適應(yīng)遺傳算法的稀疏陣列優(yōu)化方法，通過提出陣列優(yōu)化模型，對(duì)陣列編碼，接著利用克拉美羅界進(jìn)行適應(yīng)度值計(jì)算，利用適應(yīng)度值對(duì)生成的個(gè)體進(jìn)行選擇、交叉變異，其中交叉概率和變異概率隨著迭代次數(shù)的增加而發(fā)生相應(yīng)的變化，最后優(yōu)化得到最佳個(gè)體，最佳個(gè)體對(duì)應(yīng)的稀疏陣列擺放方式作為雷達(dá)陣列中陣元的最佳擺放方式。該方法是一種基于自適應(yīng)遺傳算法的稀疏陣列優(yōu)化方法，選取陣元的方式主要是以最大陣列孔徑，最小陣元間距作為約束條件，以克拉美羅界作為適應(yīng)度函數(shù)，在相同陣元數(shù)量、相同最小陣元間距的條件下保證了陣列具有較高的測(cè)向性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達(dá)偵察陣列優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，特別提出了一種基于自適應(yīng)遺傳算法的陣列稀疏優(yōu)化方法，本發(fā)明方法優(yōu)化所得的最優(yōu)稀疏陣，在被動(dòng)雷達(dá)陣列優(yōu)化領(lǐng)域中約束最大陣列孔徑、最小陣元間距的條件下，其陣列克拉美羅界值最小，從而使得偵察時(shí)測(cè)向精度最高。

背景技術(shù)

實(shí)際應(yīng)用中，隨著技術(shù)的發(fā)展及作戰(zhàn)的需要，在主動(dòng)相控陣上實(shí)現(xiàn)被動(dòng)的接收探測(cè)完成主被動(dòng)一體化，甚至是完全基于相控陣體制的被動(dòng)雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)的需求設(shè)計(jì)已經(jīng)被作為研究熱點(diǎn)。這就使得從幾十、上百、甚至上千個(gè)陣元中選取用于被動(dòng)探測(cè)的陣元天線的設(shè)計(jì)顯得尤為重要，很明顯均勻陣列是很難滿足要求的，因此目前研究的熱點(diǎn)稀疏陣列成為較好的選擇。

如針對(duì)目前主被動(dòng)一體化偵察系統(tǒng)，可在原有的主動(dòng)相控陣中實(shí)現(xiàn)被動(dòng)偵察的應(yīng)用。在多天線系統(tǒng)下，實(shí)現(xiàn)較少天線通道的選擇實(shí)現(xiàn)稀疏陣列，從而滿足被動(dòng)偵察的需要，滿足系統(tǒng)的DOA估計(jì)性能，降低系統(tǒng)復(fù)雜性，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

常見非均勻陣列包括最小冗余陣、嵌套陣、互質(zhì)陣等，優(yōu)點(diǎn)是有較大的陣元間距，自由度高，有較好的估計(jì)精度；但最小冗余陣沒有閉合的表達(dá)式，嵌套陣有密集子陣，嵌套陣有孔洞等問題；實(shí)際應(yīng)用中，稀疏陣列需進(jìn)一步優(yōu)化，即實(shí)現(xiàn)非均勻陣列布陣優(yōu)化設(shè)計(jì)。

根據(jù)已有的技術(shù)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，2018年6月陶海紅等人提出了一種基于改進(jìn)遺傳算法的平面陣稀疏優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)約束主瓣增益和主瓣寬度的條件下方向圖主副比最大。2018年12月朱圣棋等人提出了一種基于改進(jìn)遺傳算法的雷達(dá)陣列稀疏優(yōu)化方法，以3dB波束寬度為約束條件，對(duì)螺旋式分布的半球形陣列進(jìn)行陣列優(yōu)化。已有的文獻(xiàn)表明，雷達(dá)稀疏陣列優(yōu)化多數(shù)屬于主動(dòng)雷達(dá)陣列優(yōu)化領(lǐng)域，以波束寬度作為約束條件，但在實(shí)際應(yīng)用中，需要在原有的主動(dòng)相控陣中實(shí)現(xiàn)被動(dòng)偵察，因此需要一種針對(duì)被動(dòng)雷達(dá)領(lǐng)域中布陣范圍受限等約束條件下陣列稀疏優(yōu)化方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明基于自適應(yīng)遺傳優(yōu)化算法結(jié)合克拉美羅界，設(shè)計(jì)了一種約束條件下的稀疏陣列優(yōu)化方法。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，主要包括以下步驟：

步驟一，確定模型：將待稀疏優(yōu)化的陣列位置變化成一列向量，即種群中的一個(gè)個(gè)體代表一個(gè)陣列。

首先，將待稀疏優(yōu)化陣列各個(gè)陣元位置以一列向量表示，記為待稀疏個(gè)體f_j,i(i＝1,2,…,NP；j＝1,2,…,L；L＝M×M)，式中i表示個(gè)體在對(duì)應(yīng)種群中的序號(hào)，L表示滿陣元的數(shù)量，M表示方位向、俯仰向的陣元個(gè)數(shù)，f_j,i＝1表示相應(yīng)的位置上有陣元，f_j,i＝0表示相應(yīng)的位置上沒有陣元。然后，將由待稀疏優(yōu)化個(gè)體f_j,i組成的待優(yōu)化矩陣記為待優(yōu)化種群矩陣F_L×NP。

步驟二，編碼：首先對(duì)種群中的個(gè)體進(jìn)行初始編碼，其個(gè)體的表達(dá)式為：f_j,i＝randn[0,1](i＝1,2,…,NP；j＝1,2,…,L)，然后設(shè)陣元稀疏率為s，遺傳迭代次數(shù)G，稀疏后的陣元個(gè)數(shù)為NL，則NL＝L×s，最后令每個(gè)個(gè)體中最大的NL個(gè)基因的值為1，剩下的基因值為0，得到稀疏的待優(yōu)化個(gè)體f_j,i。